Effects of oxidative functionalized and aminosilanized carbon nanotubes on the behaviours of polyamide-6 nanocomposites
Oksidatif fonksiyonelleştirilen ve aminosilanlanan karbon nanotüplerin poliamid-6 nanokompozitlerinin davranışlarına etkileri
- Tez No: 338540
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVDET KAYNAK, DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Bu tezin ilk amacı, karbon nanotüplerin poliamid-6 matrisinde takviye malzemesi olarak kullanılması amacıyla yüzey modifikasyonunu yapmaktır. Nanotüplerin yüzeylerine öncelikle sülfürik asit/nitrik asit karışımı ile oksidatif fonksiyonelleştirme işlemi uygulanmış, sonrasında ?-aminopropiltrietoksisilan kullanılarak yüzeyler aminosilanlanmıştır. Bu işlemlere bağlı olarak karbon nanotüp yüzeylerinde oluşan kimyasal gruplar X-ışınları foto-elektron spektroskopisi, Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektroskopisi, enerji dağınımlı X-ışınları spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Yüzey işlemi uygulanan karbon nanotüplerin morfolojilerindeki değişimler ve kristal yapıları sırasıyla taramalı elektron mikroskopu ve X-ışını kırınımı ile incelenmiştir. Karbon nanotüplerin yüzeyleri üzerinde oluşturulan kimyasal grupların ısıl bozunumunu gözlemlemek için ise termogravimetrik analiz kullanılmıştır. Sonrasında, poliamid-6 matris ile işlem görmeyen, oksidatif fonksiyonelleştirilen ve aminosilanlanan karbon nanotüpler üç farklı ağırlık yüzdesinde (ağ.% 0.1, 0.5 ve 1.0) çift vidalı ekstrüderde eriyik halde karıştırma yöntemi ile nanokompozitler üretilmiş, ardından enjeksiyon kalıplama yöntemiile numuneler şekillendirilmiştir. Bu tezin ikinci amacı olarak, karbon nanotüplerin poliamid-6 matris içerisindeki morfolojileri ve dağılımları taramalı ve geçirimli elektron mikroskobu ile incelenmiştir. Sonuçlar, matris ile kimyasal etkileşimlerinin artışına bağlı olarak, fonksiyonelleştirilen ve aminosilanlanan karbon nanotüplerin matris içerisinde daha homojen dağıldığını göstermiştir.Bu tezin üçüncü amacı, oksidatif fonksiyonelleştirilen ve aminosilanlanan karbon nanotüplerin poliamid-6 matrisinin (i) eşısıl ve (ii) eşısıl-olmayan kristallenme kinetiği üzerine etkilerini DSC analizleriyle ve (iii) enjeksiyon kalıplama ile şekillendirilen numunelerin kristal yapıları üzerine etkilerini XRD analizleri ile incelemektir. Karbon nanotüplerin heterojen çekirdeklendirici olarak etki etmesi nedeniyle, hem karbon nanotüp miktarının artması hem de oksidasyon ve aminosilanlama yöntemleri kullanılarak yüzey fonksiyonelleştirmelerinin yapılması, üç durum için de göreceli kristallenme değerlerinin artmasını sağlamıştır. Eşısıl ve eşısıl-olmayan kristallenme için artışlar yaklaşık olarak %40 iken, enjeksiyon kalıplamada iki kattan daha fazlaya kadar iyileşmeler gözlemlenmiştir. Kristallenme parametreleri ve Avrami sabitleri, eşısıl kristallenmede kristallenme hızınınn arttığını buna rağmen eşısıl-olmayan kristallenmede karbon nanotüplerin fiziksel engel oluşturarak polimer zincir hareketliliğini kısıtlaması nedeniyle kristallenme hızının düştüğünü göstermektedir. Parametreler ayrıca kristal büyüme mekanizmasının eşısıl-kristallenme sırasında değişebileceğini ancak eşısıl-olmayan kristallenme sırasında önemli bir değişikliğin olmadığını göstermektedir. XRD dekonvolusyon analizleri enjeksiyon kalıplama sırasında karbon nanotüplerin fiziksel kısıtlamalarına bağlı olarak sadece ?-kristal yapısının oluştuğunu göstermektedir.Bu tezin dördüncü amacı olarak, oksidatif fonksiyonelleştirilen ve aminosilanlanan karbon nanotüplerin poliamid-6 nanokompozitlerinin mekanik ve ısıl özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Eğme ve çekme testlerinden elde edilen sonuçlar, ağ.% 1.0 oranında aminosilanlanan karbon nanotüpler kullanılarak üretilen nanokompozitlerin eğme dayanımı ve çekmedeki akma dayanımıviiideğerlerindeki artışların sırasıyla %30 ve %20 olduğunu, bununla birlikte eğme modülü ve Young modülü değerlerinde ise sırasıyla %40 ve %23 artış olduğunu göstermektedir. Mekanik özelliklerdeki bu artışlar matristen kovalent olarak bağlanan karbon nanotüplere etkin yük transferi sağlanmış olması ile ilgilidir. Dinamik mekanik analizler ve termogravimetrik analizler, matris hareketliliğinin düşmesi ve fiziksel bariyer oluşumuna bağlı olarak, yüzey modifikasyonu yapılan karbon nanotüplerin eklenmesinin poliamid-6 matrisinin tüm ısıl özelliklerini iyileştirdiğini göstermektedir. Örneğin, ağ.% 1.0 oranında aminosilanlanan karbon nanotüp içeren numuneler için depolama modülü değerlerindeki artışlar %25 iken ısıl bozunum sıcaklıklarındaki artışlar 5ºC civarındadır. Mekanik ve ısıl özelliklerdeki artışların bir başka nedenin, heterojen çekirdeklendirici olarak etki eden karbon nanotüplerin poliamid-6 matrisinin kristallenme derecesini arttırmasıyla ilgili olduğu düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
The first aim of this dissertation was to modify carbon nanotubes to be used as nano-reinforcements in the polyamide-6 matrix. Surfaces were first oxidative functionalized by sulphuric acid/nitric acid mixture, then aminosilanized by ?-aminopropyltriethoxysilane. Chemical groups formed on carbon nanotubes due to these surface treatments were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy and also energy dispersive spectroscopy. Morphological changes and crystal structure of surface-treated carbon nanotubes were analyzed by scanning electron microscopy and X-ray diffraction, respectively. Thermogravimetric analysis was also used to observe thermal degradation of the chemical groups formed on the nanotube surfaces. Then, unmodified, oxidative functionalized and aminosilanized carbon nanotubes with three different loading levels (0.1, 0.5 and 1.0 wt%) were melt mixed with polyamide-6 matrix via laboratory size twin-screw extruder, followed by specimen shaping via injection molding. As the second aim of this dissertation, morphology and dispersion states of carbon nanotubes in polyamide-6 matrix was investigated by scanning and transmission electron microscopy; which revealed more homogeneous dispersion of functionalized and aminosilanized carbon nanotubes due to their increased chemical interactions with the matrix.The third aim of this dissertation was to investigate effects of oxidative functionalized and aminosilanized carbon nanotubes on the (i) isothermal and (ii) non-isothermal crystallization kinetics of polyamide-6 by DSC analyses, and (iii) crystal structure of injection molded specimens by XRD analyses. Due to basically very effective heterogeneous nucleation effect, both increasing amount and surface functionalization of carbon nanotubes by oxidation and aminosilanization resulted in higher relative crystallinity for all three cases. The increases were as much as 40% for the isothermal and non-isothermal crystallization, and it was up to more than two times in the injection molding. Crystallization parameters and Avrami constants indicated that crystallization rate increases in isothermal crystallization while it decreases in non-isothermal crystallization due to the delayed conformational mobility of polymer chains via physical hinderance of carbon nanotubes. Parameters also revealed that growth mechanism of crystallites might change during isothermal crystallization while there was no significant change during non-isothermal crystallization. XRD deconvolution analyses indicated that during injection molding, due to the constraints of carbon nanotubes only ?-crystal structure was formed.Finally, as the fourth aim of this dissertation, effects of oxidative functionalized and aminosilanized carbon nanotubes on the mechanical and thermal properties of polyamide-6 nanocomposites were investigated. Flexural and tensile tests indicated that, increases in the flexural strength and tensile yield strength were 30% and 20%, while in the flexural modulus and Young?s modulus were 40% and 23%, respectively, with only 1 wt% aminosilanized carbon nanotubes; due to very efficient load transfer from the matrix to covalently bonded carbon nanotubes. Both dynamic mechanical analysis and thermogravimetric analysis showed that surface modified carbon nanotubes improve all thermalviproperties due to decreased matrix mobility and physical barrier formation. For example, increases in the storage modulus values were as much as 25%, while the increase in the thermal degradation temperatures were as much as by 5°C in the specimens with only 1wt% aminosilanized carbon nanotubes. Increases in the mechanical and thermal properties should be also due to the increased crystallinity of polyamide-6 matrix via carbon nanotubes acting as heterogeneous nucleation sites.
Benzer Tezler
- Bazı nanomateryallerin zebra balığı (Danio rerio) üzerine toksik etkilerinin morfolojik, biyokimyasal ve moleküler yöntemler kullanılarak belirlenmesi
Investigation of toxic effects of some nanomaterials on zebrafi̇sh (Danio rerio) by using morphologi̇c, biochemical and molecular methods
FEYZA İÇOĞLU AKSAKAL
Doktora
Türkçe
2018
BiyoteknolojiAtatürk ÜniversitesiTarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULKADİR ÇİLTAŞ
- Dual-curable textile adhesives for cord/rubber applications
Çift-kürlenebilen tekstil yapıştırıcılarının kord kumaş/kauçuk uygulamaları
ZEHRA YILDIZ
Doktora
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACER AYŞEN ÖNEN
- Çözeltiden üfleme tekniği ile yeni tip filtre ve membranların geliştirilmesi
Development of novel filters and membranes by solution blowing technique
YUSUF POLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAFAK YILMAZ
YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Applications of the multifunctional magnetic nanoparticles for development of molecular therapies for the breast cancer
Çok fonksiyonlu manyetik nanoparçacıkların meme kanseri için moleküler tedavilerin geliştirilmesinde uygulanması
ELİF AŞIK
Doktora
İngilizce
2015
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NÜLÜFER TÜLÜN GÜRAY
PROF. DR. MÜRVET VOLKAN
- Kansere karşı çok yönlü tedavi aracı olarak manyetik nanopartiküllerin geliştirilmesi
Development of magnetic nanoparticles as a potential multi-therapy agent against cancer
KÜBRA SOLAK
Doktora
Türkçe
2023
BiyomühendislikAtatürk ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET MAVİ